小鼠皮层的大多数神经元不符合功能分类

根据一项未发表的分析，大脑皮层中的大多数细胞都是非特化的，研究人员警告说，科学家们在命名神经元时需要小心。

　　

哥伦比亚大学的博士后研究员Lorenzo Posani回忆起他为2023年计算与系统神经科学（COSYNE）会议共同组织的一个座次席的会议时说，讨论的激烈程度令人惊讶。他说，神经元是否可以功能分类这个话题长期以来一直是这个领域的分歧，但“你可以从房间里的能量感觉到这个问题还没有解决。”

根据2019年《Nature》杂志的一篇论文和2021年《eLife》的一项佐证研究，在辩论的一方，支持功能专业化的研讨会参与者引用了视觉皮层中的细胞对朝一个方向或另一个方向移动的物体有选择性地放电的报告，或者前额叶皮层中的神经元只在大鼠做出决定时调节信心和奖励并放电。

但包括Posani在内的其他与会者认为，这些特殊的神经元是例外，而不是常态。Posani的同事、哥伦比亚大学统计学和神经科学教授Liam Paninski说，记录它们的研究通常涉及将一个电极放入大脑——这种方法可以忽略细胞的安静邻居，后者对一系列刺激做出反应。

这个问题至今仍未解决，但多电极探针的出现，让帕宁斯基提到的多用途细胞变得更加明显。事实上，根据Posani、Paninski和他们的同事11月在bioRxiv上发表的一篇预印本，Neuropixels的记录显示，小鼠大脑皮层的大部分由非选择性神经元组成。

加州大学洛杉矶分校（University of California, Los Angeles）的神经生物学教授Anne Churchland说，从进化的角度来看，这些发现是有意义的。她没有参与这项分析，但帮助生成了该研究所依据的电生理学数据集。她说：“从如何组织大脑的角度来看，如果事情不那么结构化，你就不需要精确地定位轴突，这更容易。”

Posani和他的同事们分析了小鼠大脑皮层43个区域的神经元记录，这是一个由美国国立卫生研究院公开提供的数据集。这些记录记录了小鼠在屏幕上旋转转轮以获得奖励时的活动。

研究小组比较了个体神经元和以类似方式反应的细胞群的反应概况。除了初级感觉区，神经元放电在其他地方都表现为一个不明确的斑点。然而，当研究小组开始比较不同大脑区域的反应概况时，出现了功能相似的细胞群。研究结果表明，结构存在于宏观尺度，但在区域尺度上，大多数神经元是多功能的。

然后，该小组开发了一个数学模型，将这些模式与大脑如何编码信息联系起来——要么以低维的方式，其中每个神经元的反应可以用几个变量的线性组合来描述，要么使用需要更多参数的高维表示。

该研究提出，以较少选择性方式作出反应的大脑区域形成高维神经表征。哥伦比亚大学神经科学教授斯Stefano Fusi说，以这种方式编码信息使大脑更加灵活。“你可以实现任何基于相同表示法的输入输出功能。你不必每次切换到不同的任务时都重新学习。”

这种灵活性之前已经在灵长类动物的研究中被观察到：根据Fusi实验室过去的研究，擅长记忆任务的猴子具有高度结构化的表征，当动物犯错时，这种表征的维度就会下降。

他们说，既然研究人员已经建立了一个管道，他们就可以重复分析，看看这些发现是否适用于皮层下结构，或者当其他物种——包括人类——执行更复杂的任务时。

将他们的分析与识别分子定义的细胞类型的工具（如空间转录组学）相结合，研究人员可以解开神经元亚型与其功能之间的关系。虽然将功能记录与分子图谱相匹配的工具尚未开发出来，但该团队表示，这是未来工作的一个有前途的领域。

贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的神经外科教授Benjamin Yost Hayden没有参与这项研究，他说，目前，研究人员可能想要重新评估他们对神经元类别的看法。例如，衡量两个可能结果的价值被认为依赖于一组抽象的价值神经元。然而，根据海登团队的研究，在一个有风险的选择任务中，大脑使用了不同的神经元群，而不是单个的集群。

但是Fusi和他的同事们不会在更现实的计算中排除神经元选择性。他说：“当你处于更情绪化、更真实的情境时，神经调节剂可能会发挥更重要的作用，神经元可能会以不同的方式做出反应。”

该团队同意，研究人员需要小心命名神经元。Fusi说，通常，分类可以帮助科学家简化和解释他们的研究，但神经元的反应是多种多样的，可能起着重要的作用。“我们正在给他们一个重要的警告。不要把一切都归结为你给神经元贴上的标签。”